(57)【要約】【課題】  多光軸光電センサの複数の光学系ユニットの組み付けのバラツキにより最小検出体の直径が実質的に拡大するのを抑える。【解決手段】  レンズプレート１０２のレンズ１０３の設計は、隣接する２つの最小検出体（基準塩１０５）が互いオーバーラップする部分１０６の２つの円弧１０６ａを基準に設定される。例えば、隣接する２つの基準円１０５が互いオーバーラップする部分１０６の円弧１０６ａに内接する円形の形状がレンズ１０３の基本形状に設定され、中央に位置するレンズ１０３ａは、この基本形状である円形の形状に作られる。レンズプレート１０２の両端に位置する２つの端レンズ１０３ｂは、互いに対向する側を切り欠いた形状を有し、切欠き部分１０７は、マージン分だけ小径の仮想最小検出体１１０と基準円１０５とで挟まれた領域を含むように設定される（斜線部分）。【選択図】  図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多光軸光電センサに内蔵される複数の光学系ユニットの各々のユニットの一方の端に位置する光学系部品から投光又は受光する第１の略円形断面の光ビーム形状と、他端に位置する光学系部品から投光又は受光される第２の略円形断面の光ビームが、これら第１、第２の光ビームの互いに向かい合う部分を切り欠いた断面形状を有し、
該切欠き部分の形状が、円弧と１本の直線とで構成された三日月形状を除く異形の形状を有することを特徴とする多光軸光電センサ。
【請求項２】
多光軸光電センサに含まれる複数の光学系ユニットに一体成形された光学系部品が形成する光ビームの断面形状を、各々のユニットの一方の端に位置する第１の光学系部品と、他端に位置する第２の光学系部品との互い向かい合う部分に設けられた遮光手段により、これら第１、第２の光学系部品の光ビームの断面形状が互いに向かい合う部分を切り欠いた形状を有し、
該切欠き部分の形状が、円弧と１本の直線とで構成された三日月形状を除く異形の形状を有することを特徴とする多光軸光電センサ。
【請求項３】
複数の光学系ユニットを内蔵した多光軸光電センサであって、
一方の光学系ユニットの端に位置する光軸の光ビームとこれに隣接する他方の光学系ユニットの端に位置する光軸の光ビームが、その一部を、円弧と１本の直線とで構成された三日月形状を除く異形の形状を有し、
前記一方の光学系ユニットの端に位置する光ビームと、前記他方の光学系ユニットの端に位置する光ビームの最外周離間距離が、各々の光学系ユニット内のの互いに隣接する光軸の光ビームの最外周離間距離よりも小さいことを特徴とする多光軸光電センサ。
【請求項４】
複数のレンズを一体成形したレンズプレートを複数組み込んだ多光軸光電センサであって、
該レンズプレートの両端に位置する一方の端レンズと他方の端レンズの互いに向かい合う部分を切り欠いた形状を有し、
該切欠き部分の形状が円弧と１本の直線とで構成された三日月形状を除く異形の形状を有することを特徴とする多光軸光電センサ。
【請求項５】
複数のレンズを一体成形したレンズプレートを複数組み込んだ多光軸光電センサであって、
該レンズプレートの両端に位置する一方の端レンズと他方の端レンズの互いに向かい合う部分を切り欠いた形状を有し、
該切欠き部分の形状が円弧と複数の直線とで構成された形状を有することを特徴とする多光軸光電センサ。
【請求項６】
３以上のレンズを一体成形したレンズプレートを複数組み込んだ多光軸光電センサであって、該レンズプレートの両端に位置する一方の端レンズと他方の端レンズの互いに向かい合う部分を切り欠いた形状を有し、
前記一方の端レンズと他方の端レンズの面積と、これら両方の端レンズの間に位置する中央レンズの面積が実質的に同じであることを特徴とする多光軸光電センサ。
【請求項７】
前記レンズの基本形状が、最小検出体の直径と等しい互いに隣接する基準円のオーバーラップ部分を基準に設定され、前記端レンズの切欠き部分の形状が、前記基準円と同心の且つ該基準円よりも小径の仮想最小検出体の円弧を基準に設定されている、請求項４〜６のいずれか一項に記載の多光軸光電センサ。
【請求項８】
前記端レンズの切欠き部分の形状が、前記仮想最小検出体の円弧に沿った輪郭を有する、請求項７に記載の多光軸光電センサ。
【請求項９】
前記端レンズの切欠き部分の形状が、前記仮想最小検出体の円弧に内接する多角形の輪郭を有する、請求項７に記載の多光軸光電センサ。
【請求項１０】
前記レンズの基本形状が略楕円形状である、請求項４又は５に記載の多光軸光電センサ。
【請求項１１】
前記端レンズのレンズ中心が、光軸中心からオフセットされている、請求項４〜７１０いずれか一項に記載の多光軸光電センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多光軸光電センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
透過型光電センサの一種に多光軸光電センサが知られている。図１を参照して、多光軸光電センサ１は、互いに対峙して配置される投光器２と受光器３を含む。投光器２と受光器３は、共に、等間隔に間隔を隔てて一列に配置された複数の光電素子つまり投光素子又は受光素子を有し、投光器２から受光器３に向けて出射される数多くの光ビーム４によりライトカーテンを作って、このライトカーテンの少なくとも一部が遮光されると遮光物体検出信号を出力する。この種の多光軸光電センサ１は、作業者の安全を確保するための手段として、例えば機械設備の周辺に配置される。
【０００３】
多光軸光電センサ１が形成するライトカーテンの密度つまり多光軸光電センサ１の検出能力は、最小検出体５の直径Ｄで表現される。最小検出体５は円柱形状の不透明体から構成され、光ビーム４の配列方向に最小検出体５を移動させてライトカーテンを縦断させたときに、少なくとも１光軸の光ビーム４を完全に遮光させることのできる最小検出体５の直径Ｄが多光軸光電センサ１の検出能力ということになる。
【０００４】
すなわち、図２を参照して、多光軸光電センサ１が形成するライトカーテンに不透明円柱体（最小検出体５）を挿入したときにこの不透明円柱体が常に少なくとも１光軸の光ビーム４を完全に遮光するということは、最小検出体５は２光軸の光ビーム４を完全に遮光する直径Ｄを備えていることになる。したがって、光ビーム４が円形断面を有している場合、この光ビーム４の直径を「ｄ」で表し、光ビーム４の中心軸つまり光軸の離間距離（光軸間距離）を「ｐ」で表すと、最小検出体５の直径Ｄは、次の式で表すことができる。
【０００５】
Ｄ（最小検出体の直径）＝ｐ（光軸間距離）＋ｄ（光ビームの直径）
【０００６】
ところで、多光軸光電センサに関してこれまで様々な提案が行われ、また、実施されている。特許文献１は、光軸間距離をできるだけ小さくするために、本願明細書に添付の図３に示すように、投光器及び受光器のレンズ７を楕円形状にすることを開示している。また、同公報は、レンズホルダの複数の開口の各々にレンズを組み込んだ単位レンズユニットを開示しており（同公報の図６、図８参照）、また、レンズ７の中心は光学素子と同軸に位置決めされている。
【０００７】
特許文献２は、光電素子と、これに対向して配置されたレンズと、これらの部品の間の光路を形成する部材とからなる光学系部品を複数配置した光学系ユニットを作り、この光学系ユニットを複数用組み込むことで一つの投光器及び受光器を作ることを開示している。
【０００８】
特許文献３には、上記特許文献２と同様に、複数の光学系部品を複数配置した光学系ユニットを開示するものであるが、その他に、同公報の第５９段落に「カバー部材３７と一体的に形成されたレンズと」とあるように、一つの光学系ユニットに含まれる複数のレンズを一体成形することを開示している。
【特許文献１】特開平１０−２５５６１４号公報
【特許文献２】特開２００１−１３５２０８号公報
【特許文献３】特開平１０−７４４３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
多光軸光電センサの製造に関連して、例えば、上記特許文献３に開示のように複数のレンズを一体成形した場合、レンズ間距離つまり光軸間距離の誤差は成形時のバラツキが主なる原因であり、誤差の程度は0.1mmオーダーである。
【００１０】
これに対して、特許文献１に開示のように、個々に製造したレンズを組み込む場合、この組み込み時のバラツキが、レンズの製造の際に発生するバラツキに付加されるため、レンズ間距離つまり光軸間距離の誤差の程度は１mmオーダーになる。
【００１１】
同様の問題は、上記特許文献２及び特許文献３に開示のように光学系ユニットを複数組み込んで多光軸光電センサを作る場合や、特許文献１に開示のように複数のレンズを一体成形したレンズプレートを複数組み込んで多光軸光電センサを作る場合にも発生する。
【００１２】
すなわち、単位光学系ユニット及び単位レンズプレート内での光軸間距離の誤差は僅かなものであるが、これを複数組み込んで多光軸光電センサを製造する場合、単位光学系ユニット又は単位レンズプレートを組み込む際のバラツキは、比較的大きなものになる。図４を参照して、多光軸光電センサのレンズ１０が例えば円形形状であり、レンズ１０の直径が５mmで、レンズ間距離つまり光軸間距離が２０mmとなるように設計して、複数のレンズ１０を一体成形したレンズプレート１１を製造した場合、設計上の最小検出体の直径Ｄつまり隣接するレンズ１０間の最外周離間距離は２５mmであるが、隣接するレンズプレート１１、１１の組み付けの際のバラツキが最大１mmであるとすると、最小検出体の直径Ｄつまり隣接するレンズ１０間の最外周離間距離は２７mmとなってしまう。
【００１３】
また、同様の問題は、図５に示すように、複数の多光軸光電センサ１、１を連結して拡大したライトカーテンを作る場合に、隣接する多光軸光電センサ１、１の互いに対向する端に位置する光ビームについても言える。すなわち、隣接する多光軸光電センサ１、１の端面同士を突き合わせて配置したときに、多光軸光電センサ１の端に位置する光学系部品（例えば、端に位置するレンズ１０）間の光軸間距離ｐを、多光軸光電センサ１の中央部分の光軸間距離ｐと同じになるように設計した場合、多光軸光電センサ１の端に位置する光学系部品の組み付け時のバラツキによって、最大検出体の実質的な直径Ｄが拡大してしまう。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、複数の光学系ユニットを組み付けることで一つの多光軸光電センサを作る場合に、光学系ユニットの組み付けの際のバラツキにより最小検出体の直径が実質的に拡大するのを抑えることのできる多光軸光電センサを提供することにある。
【００１５】
本発明の他の目的は、複数のレンズを一体成形したレンズプレートを複数組み込んで多光軸光電センサを作る場合に、このレンズプレートの組み付けの際のバラツキにより最小検出体の直径が実質的に拡大するのを抑えることのできる多光軸光電センサを提供することにある。
【００１６】
本発明の別の目的は、複数の多光軸光電センサを連結して拡大したライトカーテンを作る場合に、隣接する多光軸光電センサ間の最大検出体の直径が、多光軸光電センサの端に位置する光学系部品の組み付けの際のバラツキによって、実質的に拡大してしまうのを抑えることのできる多光軸光電センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
かかる技術的課題は、本発明の第１の観点によれば、
多光軸光電センサに内蔵される複数の光学系ユニットの各々のユニットの一方の端に位置する光学系部品から投光又は受光する第１の略円形断面の光ビーム形状と、他端に位置する光学系部品から投光又は受光される第２の略円形断面の光ビームが、これら第１、第２の光ビームの互いに向かい合う部分を切り欠いた断面形状を有し、
該切欠き部分の形状が、円弧と１本の直線とで構成された三日月形状を除く異形の形状を有することを特徴とする多光軸光電センサを提供することにより達成される。
【００１８】
ユニットの両端の第１、第２の光ビームの断面形状が、これら第１、第２の光ビームの互いに向かい合う部分を切り欠いた形状となるようにするのに、例示として、光学系部品を構成する例えばレンズの一部に遮光塗料を塗布する、レンズの外側に配置するカバー部材の一部に遮光材料を設ける、光電素子とレンズとの間の導光路を形成するレンズホルダの内面の断面の一部を異形に構成するなどにより光ビームの断面形状を変えるようにしてもよい。
【００１９】
また、本発明の第２の観点によれば、
多光軸光電センサに含まれる複数の光学系ユニットに一体成形された光学系部品が形成する光ビームの断面形状を、各々のユニットの一方の端に位置する第１の光学系部品と、他端に位置する第２の光学系部品との互い向かい合う部分に設けられた遮光手段により、これら第１、第２の光学系部品の光ビームの断面形状が互いに向かい合う部分を切り欠いた形状を有し、
該切欠き部分の形状が、円弧と１本の直線とで構成された三日月形状を除く異形の形状を有することを特徴とする多光軸光電センサを提供することにより達成される。
【００２０】
また、本発明の第３の観点によれば、上記の技術的課題は、
複数の光学系ユニットを内蔵した多光軸光電センサであって、
一方の光学系ユニットの端に位置する光軸の光ビームとこれに隣接する他方の光学系ユニットの端に位置する光軸の光ビームが、その一部を、円弧と１本の直線とで構成された三日月形状を除く異形の形状を有し、
前記一方の光学系ユニットの端に位置する光ビームと、前記他方の光学系ユニットの端に位置する光ビームの最外周離間距離が、各々の光学系ユニット内のの互いに隣接する光軸の光ビームの最外周離間距離よりも小さいことを特徴とする多光軸光電センサを提供することにより達成される。
【００２１】
また、本発明の第４の観点によれば、上記の技術的課題は、
複数のレンズを一体成形したレンズプレートを複数組み込んだ多光軸光電センサであって、該レンズプレートの両端に位置する一方の端レンズと他方の端レンズの互いに向かい合う部分を切り欠いた形状を有し、
該切欠き部分の形状が円弧と１本の直線とで構成された三日月形状を除く異形の形状を有することを特徴とする多光軸光電センサを提供することにより達成される。
【００２２】
端レンズの切欠き部分の形状として、円弧と複数の直線とで構成された形状を有していてもよい。また、３以上のレンズを含むレンズプレートであれば、両方の端レンズの間に位置する中央レンズは、端レンズと実質的に同じ面積を備えるように設計してもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
次に本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。
【００２４】
以下に本発明の好ましい実施の形態を添付の図６以降の図面に基づいて説明する。ここに図示の実施の形態は、複数のレンズを一体成形したレンズプレートに関連したものであるが、これは、多光軸光電センサの光ビームの断面形状に関する本発明を具現化する単なる一例に過ぎない。また、レンズプレートに含まれる各レンズの形状は、実質的に光ビームの断面形状を形作るものであり、したがって、レンズの形状の説明は、光ビームの断面形状を実質的に説明しているものであると理解されたい。
【００２５】
図６は多光軸光電センサの正面図である。多光軸光電センサ１００は、複数の光学系ユニット１０１を有する。ユニット１０１は合成樹脂製のホルダを含み、このホルダには、各光軸の光を誘導するための導光路が等間隔に形成され、各導光路毎に投光素子又は受光素子が脱着可能に配設される。この種のホルダは、既に公知であることから、その詳しい説明は省略する。
【００２６】
ユニット１０１には、レンズプレート１０２が組み付けられる。この実施例では、８光軸の各ユニット１０１に対して２つのレンズプレート１０２が組み付けられ、ユニット１０１の数は「３」である。すなわち、実施例の多光軸光電センサ１００は２４光軸のセンサであり、各レンズプレート１０２には４つのレンズ１０３が一体成形されている。
【００２７】
レンズ１０３の設計方法を図７を参照して説明すると、レンズ１０３の基本形状は、ターゲットとする直径Ｄ（光軸間距離に等しい）の最小検出体の直径と等しい基準円１０５が互いにオーバーラップする部分１０６の２つの円弧１０６ａを基準に設定される。すなわち、実施例では、隣接する２つの基準円１０５が互いオーバーラップする部分１０６の円弧１０６ａに内接する円形の形状がレンズ１０３の基本形状に設定され、レンズプレート１０２の４つのレンズ１０３のうち、中央に位置する２つのレンズ１０３ａ（中央レンズという）は、この基本形状である円形の形状に作られている。
【００２８】
他方、レンズプレート１０２の両端に位置する２つのレンズ１０３ｂ（端レンズ）は、上述した基本形状の円形を基にして、隣接する中央レンズ１０３ｂの側を切り欠いた形状を有し、この切欠き部分を参照符号１０７で示す。この切欠き部分１０７に関し、図８も参照して説明すると、先ず、端レンズ１０３ｂの円周のうち、隣接する中央レンズ１０３ａに隣接する領域を規定する基準円１０５ａに対して、これと同心の仮想最小検出体１１０を設定し、この仮想最小検出体１１０及び同心の基準円１０５ａとで挟まれた領域１１１を含むようにして上述した切欠きの形状が設定される。なお、図６の多光軸光電センサ１００に組み込まれたレンズプレート１０２の各レンズ１０３は全て円形に画いてあるが、これは図面を簡素化したためであり、レンズプレート１０２を抽出して拡大したように各端レンズ１０３ｂが切欠き形状を有していると理解されたい。
【００２９】
より詳しく説明すると、仮想最小検出体１１０は、レンズプレート１０２の組付誤差を考慮に入れたマージンαだけ基準円１０５よりも小径であり、したがって、図７、図８に破線で示す仮想最小検出体１１０と、実線で示す同心の基準円１０５ａとで挟まれた領域がレンズプレート１０２の組付誤差を吸収するために設定したマージンでなる。
【００３０】
端レンズ１０３ｂは、これに隣接する中央レンズ１０３ａに隣接する周縁１１３（以下、内側周縁という）が、仮想最小検出体１１０の円弧に沿った形状であるのが基本である。なお、図７及び図８に図示の端レンズ１０３ｂは、その内側周縁１１３が、基準円１０５ａと仮想最小検出体１１０との２つの交点１１５と、この２つの交点１１５で挟まれた仮想最小検出体１１０の円弧上の中間点１１６の３つの点を直線で結んだ形状を有し、この中間点１１６は、一列に配置された複数の光軸を結ぶ基準ラインＬの上に位置している。このように端レンズ１０３ｂの周縁１１３を２つの直線で構成することは、端レンズ１０３ｂの成形型を作るのが容易になるという利点がある。
【００３１】
多光軸光電センサ１００の光軸間距離は全て等しいが、隣接する２つのレンズプレート１０２、１０２間で互いに隣接する２つの端レンズ１０３ｂ、１０３ｂ間の最小検出体の直径は、上述した基準円１０５よりも小径の仮想最小検出体１１０の直径となり、その差分で互いに隣接するレンズプレート１０２間の組み付けの際のバラツキを吸収することが可能になる。
【００３２】
換言すれば、隣接する２つのレンズプレート１０２、１０２間で互いに隣接する２つの端レンズ１０３ｂ、１０３ｂを包囲する仮想最小検出体１１０の直径つまり最外周離間距離は、各レンズプレート１０２の２つの中央レンズ１０３ａを包囲する基準円１０５の直径つまり最外周離間距離よりも小さい。
【００３３】
レンズ１０３の基本形状は、上述した円形に限定されない。例えば、互いに隣接する基準円１０５が互いにオーバーラップする部分１０６は略楕円形状であるが、レンズ１０３の形状を、このオーバーラップ部分１０６の輪郭に沿った略楕円形状であってもよく、また、図９に示すように、この略楕円形状の長軸方向の両端部分１２０を切り欠いた形状であってもよい。また、図１０に示すように、基準円１０５のオーバーラップ部分の円弧に内接する多角形の形状であってもよい。
【００３４】
同様に、端レンズ１０３ｂの輪郭つまり切欠き部分１０７の形状も、円の一部を直線で切り欠いた三日月形状の切欠きを除く異形の形状、つまり円弧と複数の直線を組み合わせた形状や、多角形であれば、その形状は問わず、仮想最小検出体１１０の円弧を基準に設定することができる。例えば、端レンズ１０３ｂの輪郭つまり切欠き部分の形状は、仮想最小検出体１１０の円弧に沿った輪郭（図９）を有していてもよく、また、仮想最小検出体１１０の円弧に内接する多角形の形状（図１０）を有していてもよい。
【００３５】
レンズプレート１０２が３以上のレンズ１０３を備えている場合、中央レンズ１０３ａの設計に関し、上述した設計による端レンズ１０３ｂと実質的に同じ面積となるように中央レンズ１０３ａを設計するようにしてもよい。換言すれば、典型的な具体例として、中央レンズ１０３ａの形状を端レンズ１０３ｂの形状と共通となるように設計してもよい。
【００３６】
また、レンズ１０３のレンズ中心Ｏに関し、端レンズ１０３ｂのレンズ中心を中央レンズ１０３ａと同じに設定してもよいが、図９、図１０に参照符号Ｏ’で示すように、端レンズ１０３ｂの短軸（基準ラインＬ）長さの中間点にレンズ中心を設定するようにしてもよい。
【００３７】
以上、４つのレンズ１０３を含むレンズプレート１０２を例に本発明の実施の形態を説明したが、２つのレンズを含むレンズプレートでは、この２つのレンズを上述した端レンズ１０３ｂとして設計すればよい。
【００３８】
また、図５に例示したように、複数の多光軸光電センサを接続して拡大したライトカーテンを作る場合、各多光軸光電センサの両端に位置する光学系部品の光ビームの断面形状が、多光軸光電センサの中央に位置する光学系部品の略円形断面の光ビームに比べて、両端の光ビームの互いに向かい合う部分つまり内方側の部分を切り欠いた形状にすることで、設計上、隣接する多光軸光電センサ間の最小検出体の直径が比較的小さなるようにすればよい。
【００３９】
また、複数の光学系ユニット１０１を組み込んだ多光軸光電センサであれば、各光学系ユニット１０１の端に位置する導光路の断面形状に関して、上述した手法を使って設計すればよい。
【００４０】
光ビームの断面形状に関する本発明を具現化するのに、レンズの一部を遮光する遮蔽部材を設ける又はレンズの一部に遮光性塗料を塗布するなどの手段によってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】多光軸光電センサの業界で用いられている最小検出体を説明するための図である。
【図２】図１と同様に、最小検出体を説明するための図である。
【図３】従来の多光軸光電センサで採用されたレンズ形状を説明するための図である。
【図４】多光軸光電センサの構成部品の組み付けに伴う最小検出体の直径のバラツキを説明するための図である。
【図５】複数の多光軸光電センサで幅広いライトカーテンを作る場合に、隣接する多光軸光電センサ間での最小検出体の直径のバラツキを説明するための図である。
【図６】実施の形態の多光軸光電センサで採用されたレンズプレートを構成するレンズの形状を説明するための図である。
【図７】各レンズプレートに設けられた中央レンズと端レンズの形状を説明するための図である。
【図８】端レンズの形状の変形例を説明するための図である。
【図９】端レンズの形状の他の変形例を説明するための図である。
【図１０】端レンズの形状の別の変形例を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４２】
１００    多光軸光電センサ
１０１    光学系ユニット
１０２    レンズプレート
１０３    レンズ
１０３ａ  中央レンズ
１０３ｂ  端レンズ
１０５    基準円
１０６    基準円のオーバラップ部分
１０７    切欠き部分
１１０    仮想最小検出体
Ｏ’    オフセットしたレンズ中心
【図１】
2005300399.tif 000003
【図２】
2005300399.tif 000004
【図３】
2005300399.tif 000005
【図４】
2005300399.tif 000006
【図５】
2005300399.tif 000007
【図６】
2005300399.tif 000008
【図７】
2005300399.tif 000009
【図８】
2005300399.tif 000010
【図９】
2005300399.tif 000011
【図１０】
2005300399.tif 000012